軍事領域的多媒體技術應用

二次世界大戰以后,人類在高新技術領域取得的一系列重大突破和進展中,最引人注目的

是信息技術的發展。聯接世界各地的高速度、大容量、多媒體、自動化的信息網絡,極大地

提高了信息傳輸能力,在促進未來世界經濟和社會生活發生深刻變革的同時,在軍事領域內正

引發一場新的革命。

80年代以來,世界各地爆發了一系列高技術下的局部戰爭。海灣戰爭是用舊方式進行的

一場新武器裝備戰爭,它是信息時代高技術戰爭的雛形。總結海灣戰爭的經驗可以看出,以微

電子技術為基礎,以計算機為核心,包括激光、傳感器、多媒體、人工智能等新技術在內的現

代信息技術是當代影響戰爭和軍隊發展的各種新技術中具有關鍵性作用的高技術,是未來對

武器裝備水平以及軍事力量結構的發展起第一位推動作用的技術,是這次軍事革命的核心和

基礎。因此,高技術戰爭從某種意義上說就是信息技術的戰爭。

隨著軍事技術革命的不斷深入,部隊的組織指揮機構已經從面向武器系統進行組織的戰

斗集體轉變成為面向信息系統進行組織的戰斗集體。所有這一切必然提出非常嚴格的信息要

求,如何切實有效地收集、掌握、處理、傳送和表現諸如戰場環境、敵我友三方兵力編成、

武器性能、指揮員特點等紛繁復雜的信息資料,則成為未來信息高技術戰爭要突出解決的關

鍵問題。而迅速崛起的多媒體技術,由于其自身的特點,在解決上述問題中表現出不可替代的

作用,以致于隨著多媒體應用的普及,在軍事領域內也相應地掀起一個多媒體技術應用的熱潮

。

一、多媒體技術在軍事領域中的應用

歷史上,許多新技術一出現便首先在軍事領域中得到應用,多媒體技術也不例外。

目前,多媒體技術在軍事領域中的應用主要有以下幾方面:

1.作戰指揮與作戰模擬

這方面的典型應用有作戰指揮自動化(C3I)系統。該系統在情報偵察、網絡信息通信、

信息處理、電子地圖、電子沙盤、戰場態勢顯示、作戰方案選優、戰果評估等方面均大量采

用了多媒體技術。其它如多媒體作戰對抗模擬系統、多媒體作戰指揮遠程會議系統、虛擬戰

場環境等也都大量采用了多媒體技術。

2.軍事信息管理系統

多媒體技術主要用于軍事信息查詢以及在軍事情報信息的采集、存儲、處理、傳送、檢

索過程中表現出的多媒體化,即分布式多媒體數據庫的應用。這方面的典型應用有多媒體裝

備信息管理系統、多媒體后勤支援系統、多媒體情報信息管理系統等。

3.軍事教育與訓練

在這方面,多媒體技術應用的實例最多。如軍事院校自行研制了大量的軍事基礎課和專

業課的多媒體教學課件。為了節省使用實際武器裝備的費用,各軍兵種均研制了武器裝備操

作使用的多媒體仿真模擬系統,以及武器裝備維護、保養等多媒體指導與訓練系統。

4.武器裝備的研制、生產及應用

在武器裝備研制生產過程中,由于采用了多媒體數據和模型可視化技術,使武器的研制與

生產周期大大縮短,產品質量得到提高,差錯率大大降低。在戰斗機駕駛員座艙中,由于采用

了多媒體綜合控制,有效地減小了駕駛員的緊張心理,提高了作戰反應能力。

5.軍事娛樂與游戲

隨著多媒體技術的發展,許多高檔的軍事型電子游戲光盤軟件紛紛出現。操縱各種戰斗

機的空戰、駕馭艦艇的海上大戰、反空襲的地空大戰、兩軍對峙的坦克大戰等,栩栩如生的

畫面、繪聲繪色的場景使人們在消閑中學到了現代軍事技術和知識。

近年來,虛擬現實技術的出現將多媒體的應用提到了一個新的更高的境界。

從多媒體技術在軍事領域中的應用模式來看,大致有三種情況:一是終端用戶方式的應用

二是開發式應用模式;三是為面向軍事應用而進行的開發方法與開發工具的研究。

當前,軍事系統各部門、各專業都把多媒體技術的應用作為本部門學習和應用高新技術

的主要標志之一,而且這種應用的成果也最直接、最明顯。在這種情況下,我們特別要注意應

用系統的開發策略與總體規劃的研究,避免盲目性。這樣才能使多媒體設備和資金合理投入

,所研制的系統具有開放性、升級性,其標準化、通用化程度高,互聯性強。多媒體應用系統

是一個資金與技術投入均較高的工作,各單位主管部門均要統籌安排,充分發揮多媒體開發平

臺和開發工具的效益,避免重復投資和資源浪費。

二、典型的軍事多媒體應用系統

1.美軍作戰仿真網絡SIMNET

該系統是一個分布式廣域網多媒體仿真系統。這個系統將分布在美國和德國11個城市的

設備和人員用計算機網絡聯接成一個大的系統,如圖1所示。該系統包括了約260個地面裝甲

車輛仿真器和飛機飛行模擬器,以及通信網絡、指揮所和數據處理設備等。通過這個系統可

以訓練多兵種多層次的軍事人員和團組,也可對武器系統的性能進行研究和評估。之后又在

SIMNET的基礎上發展了DIS(分布式交互仿真)技術,范圍擴展到包括陸、海、空各軍兵種武器

平臺綜合仿真環境,實現了體系對抗仿真。

系統在分布交互仿真、網絡接口與通信、仿真客體的表現形式和數據傳輸、火力與兵力

的計算生成等方面大量采用了多媒體技術與虛擬現實技術。使作戰參與者可以看到在地面

行進的坦克和裝甲車,在空中飛行的直升機、殲擊機和導彈,在水面和水下游弋的艦艇;可以

看到坦克行進時后面揚起的塵土和被擊中時燃燒的濃煙;可以聽到飛機或坦克的隆隆聲由遠

而近,并能從聲音辨別出目標的方向和速度。參與者可以用自己駕馭的武器瞄準、射擊上述

目標,也可以駕馭操縱各種仿真裝備。總之,在作戰或實戰演習中的各種能被人感知的信息均

被系統以多媒體綜合處理與表現形式再現出來,形成了一個逼真的戰場環境。

2.飛行模擬器(Flight Simulator)

現代軍用飛機是多種高技術集于一身的武器裝備,其高性能的動力裝置、精確的導航系

統及復雜的電子系統要求飛行員必須具備精湛的駕駛技術。由于在真實飛機上訓練駕駛員耗

資大,又受到空域場地的限制,多年來人們都采用飛行模擬器來訓練飛行員。在實現飛行模擬

器的種種技術中,多媒體與虛擬現實技術占有重要而不可缺少的地位。

一般飛行模擬器由下列四部分組成:

(1)座艙系統

具有和真實飛機(所仿真的飛機)一樣的布局。主要包括:

·儀表顯示系統 實時顯示飛機的各種飛行參數和機載系統的運行狀態。

·操縱負荷子系統 給飛行員提供操縱桿、舵時的負荷力的感覺,與在真飛機上一樣,隨

著飛行速度、飛行高度、舵偏角大小的變化而變化。

·音響子系統 給飛行員提供如發動機噪音、氣流噪音、輪胎滾動的隆隆聲等各種音響

效果。

(2)視景系統

為飛行員提供座艙外的前視景象,包括機場跑道、田野、建筑物、燈光、河流、道路、

地形地貌等。還能模擬天氣的能見度、雨、雪、云等氣象條件以及晝夜景象、空中及地面的

活動目標的圖像,使飛行員有身臨其境的感覺。

(3)運動系統

為飛行員提供了動感。通常采用六自由度伺服液壓系統將整個座艙托起,模擬飛機飛行

中的各種姿態。

@@50D19000.GIF;圖1 SIMNET作戰仿真系統網絡@@

(4)計算機系統

是飛行模擬器的核心,其模擬訓練軟件具有對多媒體信息進行綜合、實時交互、控制、

表現等多種處理的功能,是一個典型的高檔多媒體計算機系統。圖2是飛行模擬器的原理框圖

。

@@50D19001.GIF;圖2 飛行模擬器原理示意圖@@

飛行模擬器是最早,也是最全面地運用多媒體技術的典型系統之一。由于其巨大的經濟

和軍事效益而得到了迅速發展。目前我國有關單位也已研制了多種型號飛機的飛行模擬器。

3.多媒體導彈仿真訓練系統

該系統是一套基于多媒體技術的導彈訓練仿真系統。它充分體現了多媒體技術的集成性

和交互性,使操作手擺脫了第一代訓練仿真器單調乏味、以字符文本為主的交互方式,代之以

生動逼真的實彈仿真操作控制臺和操作訓練環境,使訓練人員能以更直觀生動、方便的方式

完成教學訓練任務。該系統由三部分組成:

(1)操作模擬子系統

采用觸摸屏模擬實際操作面板。模擬面板上顯示了實際操作面板的各種開關、按鈕與扳

鍵等操作部件和系統的各種儀表、指示燈等反應體部件的圖像。操作手根據操作規程(系統

可以語音形式提示)對導彈系統操作時(觸摸有關操作部件的圖像),相應的系統狀態反應就在

反應體圖像中顯示出來。

(2)環境仿真子系統

逼真地顯示或再現了實際操作現場的場景及各種音響效果。

(3)導彈原理與結構子系統

以多媒體形式供教員和指揮員對部隊戰士進行基礎知識訓練,是交互式課件系統。

整個系統不僅能真實再現訓練場景及操作面板的外觀布局,在操作訓練中正確模擬各種

操作口令和控制面板上的各類響應及顯示現象,還具有對錯誤操作系統的提示(語音及文字方

式)及評定訓練成績的功能。系統研制中采用了面向對象的設計方法,所研制的系統軟硬件稍

加修改即可用于其它以操作面板為主的訓練器材中。

4.軍隊院校多媒體網絡教學系統

隨著軍事信息高速公路建設突飛猛進的發展,軍事訓練和院校教育手段的現代化也加快

了步伐。采用多媒體技術和網絡技術,適應現代教育思想、教育理論和教育模式的軍隊院校

多媒體網絡教學系統,最近在空軍工程學院研制成功,并投入運行。圖3是系統網絡結構圖。

@@50D19002.GIF;圖3 系統結構圖@@

系統采用交換式以太網、多級樹狀星型拓撲結構,由三部分組成:

(1)控制臺子系統 是整個系統的指揮調度部件,教師用其控制課堂的教學活動,系統的大

部分功能都是通過它來完成的。

(2)教師機子系統 是系統的主體用戶——教師操作的部件,主要完成用于教學演示課件

的運行,以及諸如實物投影儀、電子白板等工具的運行。

(3)學生機子系統 是系統的客體用戶——學生操作的部件,主要完成教學信息的接收及

電子舉手功能等。

該系統從全面培養人才素質入手,設計并實現了網絡教學平臺、網上常用操作、課件管

理等三個方面的系統功能。系統通過網絡將傳統機房或電腦教室的微機、各專業教室的電化

教學設備聯成一個整體,從而實現了各種軟件教學資源共享,尤其是各種教學課件的多媒體信

息能通過網絡傳輸實現共享,從而實現了教學中的教師與學生、學生與學生之間的交流。使

整個教學過程生動、直觀、形象,提高了教學質量。網絡與全軍和國家教育科研網聯網后可

進行遠程多媒體教學。系統在多媒體信息綜合處理、實時傳輸、控制及表現等方面克服了一

些技術難點,達到了實時性的要求。

三、展望

在軍事領域中,多媒體技術的應用已從武器模擬仿真領域發展到作戰指揮、軍事信息工

程、教育訓練、武器裝備革新直至辦公自動化等各個方面,應用前景日益廣闊。但是,我們也

應看到,多媒體技術還是一門新興技術,無論在其基礎理論技術還是開發方法和工具平臺等方

面都還處于逐步發展完善之中,也還有許多難題需要攻關解決。當然,目前距離多媒體技術的

最終目標——多維信息處理的人性化(或適人化)還相差甚遠。隨著越來越多的軍事技術人

員投身于多媒體技術的理論研究和實際應用中來,可以預計,在不遠的將來,多媒體技術在軍

事領域中的應用水平必將邁上一個新的臺階,多媒體必將為新軍事革命的發展做出更大的貢

獻。

有廣闊軍民兩用前景的平板顯示器發展迅速，引起了世界各國的關注。目前平板顯示

器主要有液晶顯示器、等離子體顯示器、電致發光顯示器和場發射顯示器四大類。其中，液

晶顯示器居主導地位，產量最高；場發射顯示器性能優良，成為后起之秀發展。

軍事部門對顯示器有許多特殊的要求，如要求工作溫度范圍寬，能承受作戰平臺的震動

和沖擊，視角大，能在陽光下讀出，像素格式和分辨率能與各種傳感器的輸出匹配等。因

而，軍事部門一直采用技術已相當成熟的陰極射線管顯示器。

但隨著平板顯示器技術的發展和成熟，其許多性能已與陰極射線管相匹敵，而其體積、

重量小和功耗低的特點是陰極射線管無法實現的。因而，軍事部門已逐漸接受平板顯示器，

擴展其應用范圍，逐步用平板顯示器取代笨重的陰極射線管。

國外有人認為，１９９９年將是一個轉折點。平板顯示器將成為軍事部門首選的顯示

器。為此，歐美技術發達國家均在發展軍用平板顯示器。

美國

美國政府已實施了幾項計劃，來推進平板顯示器技術及其制造方法的發展。

例如，美國國防部高級研究計劃局１９８９年開始實施的高清晰度系統計劃，以提高功

率效率和牢固度、擴展性能邊界、減少重量為目標，首先將重點放在平板顯示器技術的研究

和發展上，近幾年又投資發展平板顯示器的制造設備和方法以及輕型柔性基底等新技術。該

局還于１９９２年開始實施頭部顯示器計劃，集中研制緊湊、輕便的平板顯示器，以取代笨

重的陰極射線管。美國政府１９９４年開始實施的國家平板顯示器倡議計劃，強調發展適于

軍事和商業應用的兩用技術，進一步提高美國平板顯示器技術水平和制造能力。這些計劃有

效地推動了美國平板顯示器的發展。

在液晶顯示器方面，Ｘｅｒｏｘ公司研制出分辨率高達３０７２×２０４８個像素的１

３英寸有源矩陣液晶顯示器。光學成像系統公司建立了有源矩陣液晶顯示器生產設施，可提

供符合軍用規范要求的顯示器。其生產的ＣＱ６３６３型彩色有源矩陣液晶顯示器將用于Ａ

Ｈ-６４Ｄ“長弓-阿帕奇”直升機。另外該公司生產的軍用型５英寸Ｅａｇｌｅ-５有源矩

陣液晶顯示器已用于澳大利亞空軍“鷹”1００教練機，１９英寸的Ｅａｇｌｅ-１９型則將

取代預警-偵察機、潛艇、水面戰艦、裝甲戰車等平臺上的大型陰極射線管。Ｋｏｐｉｎ公

司研制的小型有源矩陣平板顯示器，用于以軍用眼鏡為基礎的頭部顯示器，可以將字符和影

像疊加到視場上，成為士兵與佩掛式計算機的接口。

在電致發光顯示器方面，美國最近取得了一系列的進展，包括研制出更亮的發光膜，壽

命延長，反差增強，功耗減小，采用新灰度算法，改進封裝，提高抗沖擊／震動能力，引入

彩色等。Ｐｌａｎａｒ系統公司研制出第一個全彩色電致發光顯示器，其尺寸為２５厘米，

分辨率為６４０×４８０個像素。該公司還研制出分辯率為１０００點／英寸的６４０×４

８０、１２８０×１０２４格式的有源矩陣電致發光顯示器。該公司的ＩＣＥＢｒｉｔｅ系

列電致發光顯示器，采用綜合反差提高技術，來消除模糊或暈圈，工作溫度范圍為－４０～

+85℃，視角達160°以上，響應時間１毫秒，可抗１００g的沖擊。Ｍｉｃｒｏ_Ｂｒｉｔ

ｅ系列顯示器則已應用于陸軍“地面勇士”計劃、航空夜視眼鏡、激光測距機／指示器、探

雷用和通用頭部顯示器。

按照頭部顯示器計劃，Ｐｌａｎａｒ系統公司正與麻省理工學院等５個單位合作，將分

辨率提高到２０００點／英寸，研制６．５平方厘米的２５６０×２０４８像素的有源矩陣

電致發光顯示器，用于頭部顯示系統。而Ｐｌａｎａｒ公司的１２８０×１０２４有源矩陣

電致發光顯示器已用于Ｍ１Ａ２坦克車長眼鏡，由于采用了輕型光學設計，該眼鏡系統僅重

３００克。

在場發射顯示器方面，微米顯示器技術公司研制出單色場發射顯示器，并已裝在熱像儀

中進行了野外評估，最近又研制出適于頭部顯示器應用的１８毫米全彩色場發射顯示器。摩

托羅拉公司和雷西昂公司牽頭的一個聯合研制組，致力于降低制造費用、改進封裝和提高功

率效率，已研制出亮度足以供座艙使用的尺寸為１０×１０厘米、分辨率為512×512像素

的單色場發射顯示器。Condescent技術公司牽頭的另一個聯合研制組則發展場發射顯示器

的低成本制造技術，已推出了２．３英寸的樣機。

法國

法國PixTech公司正在發展場發射顯示器技術，并與美國摩托羅拉公司、雷西昂公司、

日本Ｆｕｔａｂａ公司有合作關系。這家公司的最新產品是ＦＥ５２４Ｍ１型１３．２厘米

單色場發射顯示器。該顯示器僅厚１１厘米，而上一代產品則厚２０厘米。

湯姆遜無線電公司的子公司湯姆遜無線電服務工業公司*致力于軍用加固型有源矩陣液

晶顯示器的發展。這家公司的最新產品是１９９８年６月推出的２０英寸FPD２０型有源矩

陣液晶顯示器，將用于海軍艦艇控制臺。該公司的FPD１６型和ＦＰＤ１２型顯示器已小批

量生產，供法國陸軍團級信息系統使用。西班牙已向該公司訂購顯示器，用于改造潛艇控制

臺。

英國

英國林伍德公司是歐洲加固型平板顯示器的主要供應廠家之一。在液晶顯示器方面，該

公司從日本電氣公司、東芝公司、夏普公司、美國ＩＢＭ公司、荷蘭飛利普公司等購進標準

商業有源矩陣液晶顯示器，進行機械加固，加裝*調節溫度用的環境控制處理機卡和特制電

源，改換軍用聯結器，為軍用市場提供加固型液晶顯示器。在發場發射顯示器方面，該公司

已生產出尺寸分別為１２、１３、１６、２０英寸的ＦＰＲ１２、FPR13、ＦＰＲ１６、Ｆ

ＰＲ２０型。年底還將推出１４英寸、１０２４×７６８像素的型號。其中，ＦＰＲ２０型

分辨率為１２８０×１０２４，可抗５０ｇ沖擊，將用于英國海軍指揮支援系統，FPR16型

已被澳大利亞、挪威、瑞典、英國陸軍及英國空、海軍選用，ＦＰＲ１３型被瑞士選用。在

等離子顯示器方面，該公司的ＦＰＲ４２型“鷹”大屏幕顯示器，已用于指揮車、大型飛機

和潛艇。

比利時

比利時BARCO顯示系統公司研制出一系列加固程度不同的20英寸有源矩陣液晶顯示

器，并開發出可補償液晶顯示器亮度閃爍的系統。該公司的RFD２５１A型顯示器，采用了

適合機載應用的抗震措施，已用于美國海軍Ｅ-２Ｃ飛機的改進計劃。這家公司預計今后

５～７年可銷售７０００臺以上顯示器，用于新制造的控制臺和替換現有的陰級射線管